ES2804517T3

ES2804517T3 - Anaerobic procedure and installation with filtration process for wastewater treatment at room temperature

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Publication number: ES2804517T3
Application number: ES16382140T
Authority: ES
Inventors: Frank Rogalla; Padin José Ramón Vazquez; Douglas Emérita Jimenez; Torrecillas Aurora Seco; Blanco Alberto Bouzas; Bertomeu Josep Ribes; Garcia María Victoria Ruano; Polo José Ferrer; Sevilla Joaquín Serralta; Martinez Angel Robles; Garcia Juan Bautista Gimenez; Pinzon Freddy Duran
Original assignee: Universidad Politecnica de Valencia; Universitat de Valencia; FCC Aqualia SA
Current assignee: Universidad Politecnica de Valencia; Universitat de Valencia; FCC Aqualia SA
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2016-03-30
Publication date: 2021-02-08
Anticipated expiration: 2036-03-30
Also published as: US20190127251A1; US10577266B2; WO2017167869A1; EP3225596B1; EP3225596A1; MX2018011913A

Abstract

Un procedimiento anaerobio con proceso de filtración para el tratamiento de aguas residuales a temperatura ambiente, que comprende: - alimentar de manera continua al menos un reactor anaerobio no calentado con aguas residuales previamente tamizadas y residuo orgánico biodegradable (ROB) previamente tamizado, estando dicho reactor no calentado acoplado a al menos una membrana de filtración gasificada sumergida, con recirculación de biogás desde el reactor - llevar a cabo la digestión anaerobia en el reactor de la fracción orgánica contenida en la mezcla de aguas residuales y el ROB, obteniendo una mezcla tratada, y - filtrar la mezcla tratada, en al menos un tanque de filtración a través de la membrana de filtración gasificada sumergida en condiciones tales que la relación entre el caudal de biogás recirculado aplicado por metro cuadrado de membrana y el caudal de aguas residuales filtradas por metro cuadrado de membrana (SGDp) es el valor mínimo permitido por la concentración de sólidos suspendidos en una planta de tratamiento, obtenido mediante la ecuación SGDp = 0,9096 x MLSS -1,5407, en el que la concentración de sólidos total dentro del reactor anaerobio STLMra está comprendida entre 1 y 35 g/l.An anaerobic procedure with a filtration process for the treatment of wastewater at room temperature, comprising: - continuously feeding at least one unheated anaerobic reactor with previously screened wastewater and previously screened biodegradable organic waste (ROB), said reactor being unheated coupled to at least one submerged gasified filtration membrane, with recirculation of biogas from the reactor - carry out anaerobic digestion in the reactor of the organic fraction contained in the wastewater mixture and the ROB, obtaining a treated mixture, and - filtering the treated mixture, in at least one filtration tank through the submerged gasified filtration membrane under conditions such that the ratio between the flow rate of recirculated biogas applied per square meter of membrane and the flow rate of filtered wastewater per meter square of membrane (SGDp) is the minimum value allowed by the concentration of solid s suspended in a treatment plant, obtained using the equation SGDp = 0.9096 x MLSS -1.5407, in which the total solids concentration inside the STLMra anaerobic reactor is between 1 and 35 g/l.

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Procedimiento anaerobio e instalación con proceso de filtración para el tratamiento de aguas residuales a temperatura ambienteAnaerobic procedure and installation with filtration process for wastewater treatment at room temperature

Campo de la InvenciónField of Invention

La presente invención se refiere a un procedimiento según la reivindicación 1 y a una planta de tratamiento de aguas residuales según la reivindicación 13 adjunta para potenciar el tratamiento sostenible de aguas residuales a temperatura ambiente en un proceso anaerobio acoplado a membranas sumergidas de filtración, usando para este fin la adición de un residuo orgánico con elevado grado de biodegradabilidad y modificando los parámetros de operación del proceso de filtración para la optimización energética de la planta.The present invention refers to a process according to claim 1 and to a wastewater treatment plant according to claim 13 attached to enhance the sustainable treatment of wastewater at room temperature in an anaerobic process coupled to submerged filtration membranes, using for this end the addition of an organic waste with a high degree of biodegradability and modifying the operating parameters of the filtration process for the energy optimization of the plant.

Técnica anterior de la invenciónPrior art of the invention

Las aguas residuales tienen su origen en usos domésticos o urbanos, industriales, agrícolas y aguas procedentes de la lluvia. Para su tratamiento y posterior reutilización se han desarrollado inicialmente procesos exclusivamente aerobios, y en los últimos años han tomado auge los tratamientos anaerobios.Wastewater originates from domestic or urban, industrial, agricultural and rainwater uses. Exclusively aerobic processes have been initially developed for their treatment and subsequent reuse, and in recent years anaerobic treatments have taken a boom.

En el estado de la técnica se conocen procedimientos de tratamiento anaerobio, que comprenden la recuperación de gases como metano, hidrógeno, dióxido de carbono, así como una recirculación de parte del biogás al tanque de tratamiento, y una filtración del agua tratada mediante membranas, de modo que los lodos producidos, que incluyen los microorganismos necesarios para el tratamiento anaerobio, se mantienen en la planta el tiempo suficiente para la realización del proceso.Anaerobic treatment procedures are known in the state of the art, which comprise the recovery of gases such as methane, hydrogen, carbon dioxide, as well as a recirculation of part of the biogas to the treatment tank, and a filtration of the treated water by means of membranes, so that the sludge produced, which includes the microorganisms necessary for the anaerobic treatment, is kept in the plant long enough to carry out the process.

Pero estos procedimientos aún sufren de importantes inconvenientes como:But these procedures still suffer from significant drawbacks such as:

- bajo rendimiento energético en función del contenido en sulfatos en las aguas residuales influentes, que afecta sensiblemente a la producción de metano al reducir la cantidad de materia orgánica disponible para arqueas, - el efluente producido, además de presentar sobresaturación en metano, contiene una fracción relevante de este compuesto parcialmente disuelta en función de la temperatura del medio,- low energy yield as a function of the sulfate content in influent wastewater, which significantly affects methane production by reducing the amount of organic matter available for archaea, - the produced effluent, in addition to presenting supersaturation in methane, contains a fraction relevant part of this compound partially dissolved depending on the temperature of the medium,

- insuficiente rendimiento del proceso de filtración, que incrementa las necesidades de limpieza y mantenimiento de las membranas.- insufficient performance of the filtration process, which increases the cleaning and maintenance needs of the membranes.

- desconocimiento de estrategias de operación y parámetros óptimos que permitan la operación sostenible de la planta, - problemas planteados por peligro de acidificación del medio,- Ignorance of operating strategies and optimal parameters that allow the sustainable operation of the plant, - Problems posed by the danger of acidification of the environment,

- elevado consumo de reactivos químicos empleados para limpiezas periódicas de las membranas que implican costes de operaciones adicionales.- high consumption of chemical reagents used for periodic cleaning of the membranes that involve additional operating costs.

La patente ES2315178 divulga un método para el tratamiento de aguas residuales en un reactor anaerobio y una instalación para llevarlo a cabo. Se ha conseguido con el procedimiento y la instalación descritos en el documento ES2315178 mejorar la eficiencia química y energética, así como la reducción de lodos y la estabilidad del proceso. Sin embargo, teniendo en cuanta la complejidad que conlleva un procedimiento para tratar aguas y la propia instalación que es necesario tener disponible, no hay en dicha patente ninguna indicación de un intervalo de valores para parámetros relevantes en el tratamiento de aguas, ni sugerencia que conduzca al experto a la elección de unos valores u otros. Por ejemplo, no hay en ella ninguna indicación acerca de las cantidades de sólidos que se pueden tener en el reactor o concentración de sólidos en él para un funcionamiento mejorado, o cuál sería el caudal de gas que debe atravesar la membrana para obtener mejores resultados, ni se describe la metodología adecuada para controlar el proceso descrito. Por lo tanto las soluciones al tratamiento de aguas descritas en esta patente aún plantean problemas:Patent ES2315178 discloses a method for treating wastewater in an anaerobic reactor and an installation to carry it out. The procedure and installation described in document ES2315178 have improved chemical and energy efficiency, as well as the reduction of sludge and the stability of the process. However, taking into account the complexity involved in a procedure to treat water and the installation itself that must be available, there is in said patent no indication of a range of values for relevant parameters in water treatment, nor a suggestion that leads the expert to the choice of some values or others. For example, there is no indication in it about the amounts of solids that can be had in the reactor or concentration of solids in it for an improved operation, or what would be the gas flow that must pass through the membrane to obtain better results, nor is the adequate methodology to control the described process described. Therefore the solutions to water treatment described in this patent still pose problems:

- de rendimiento de las membranas, en particular de filtrabilidad del lodo anaerobio.- membrane performance, in particular anaerobic sludge filterability.

- en la producción y recuperación de metano y- in the production and recovery of methane and

- en el control del procedimiento para poder optimizar su eficacia y su viabilidad energética.- in the control of the procedure in order to optimize its efficiency and energy viability.

La presente invención resuelve los problemas mencionados en esta patenteThe present invention solves the problems mentioned in this patent

- mediante el control del biogás recirculado que mejora el rendimiento de las membranas, - by controlling the recirculated biogas that improves the performance of the membranes,

- mediante la incorporación de ROB, lo que mejora la producción y recuperación de metano.- by incorporating ROB, which improves methane production and recovery.

Con ambos aspectos se mejora la eficiencia energética del proceso.Both aspects improve the energy efficiency of the process.

Se conoce también una solicitud de patente de Veolia Water Solutions & Technologies Support US2013075328 que notifica un tratamiento anaerobio de una corriente de residuos que tiene componentes biodegradables anaeróbicamente y se produce biomasa y biogás. La mezcla se produce en ciertas porciones del reactor anaerobio, en particular en las porciones inferior y superior del reactor, de modo que sólidos relativamente pesados se depositan en la parte inferior y se mezclan con el licor mixto mientras que los sólidos relativamente ligeros o finos flotan a la parte superior del reactor donde también se mezclan con el licor mixto. El licor mixto se bombea desde una porción intermedia del reactor anaerobio a una unidad de separación de membrana en la que se separa en una corriente de permeado y una corriente de rechazo que se concentra en sólidos. Esta patente no aborda específicamente la optimización del proceso de filtración con membranas en base a los parámetros operacionales clave y las características de la corriente de residuos a tratar, lo que compromete la viabilidad energética del proceso. Igualmente, se especifica el uso de membranas de tipo cross-flow, que requieren la impulsión del licor mixto en un proceso de varias etapas de filtración, requiriendo además de un intercambiador de calor para incrementar la temperatura de la corriente a tratar. Además no aborda el tratamiento específico de una corriente de aguas residuales.A patent application from Veolia Water Solutions & Technologies Support US2013075328 is also known which reports an anaerobic treatment of a waste stream having anaerobically biodegradable components and biomass and biogas are produced. Mixing occurs in certain portions of the anaerobic reactor, particularly in the lower and upper portions of the reactor, so that relatively heavy solids settle to the bottom and mix with the mixed liquor while relatively light or fine solids float. to the top of the reactor where they also mix with the mixed liquor. The mixed liquor is pumped from an intermediate portion of the anaerobic reactor to a membrane separation unit where it is separated into a permeate stream and a reject stream that is concentrated to solids. This patent does not specifically address the optimization of the membrane filtration process based on key operational parameters and characteristics of the waste stream to be treated, which compromises the energy viability of the process. Likewise, the use of cross-flow type membranes is specified, which require the impulsion of the mixed liquor in a process of several filtration stages, also requiring a heat exchanger to increase the temperature of the stream to be treated. Furthermore, it does not address the specific treatment of a wastewater stream.

La patente de Zenon US8580113 divulga un procedimiento de utilización interna del biogás generado en un biorreactor anaerobio de membranas que trata aguas residuales, con el fin de reducir el ensuciamiento del módulo de filtración empleado. En esta invención, el biogás acumulado genera una sobrepresión en el interior del reactor de al menos 10 Kpa, que se usa para la filtración del efluente final. Esta estrategia no tiene en cuenta ni el intervalo de concentraciones de sólidos en el reactor y la cámara de membranas, ni el caudal de recirculación de este licor mixto cuando se trabaja con una cámara de membranas externa.Zenon's patent US8580113 discloses a process for internal use of the biogas generated in an anaerobic membrane bioreactor that treats wastewater, in order to reduce the fouling of the filter module used. In this invention, the accumulated biogas generates an overpressure inside the reactor of at least 10 Kpa, which is used for the filtration of the final effluent. This strategy does not take into account neither the range of solids concentrations in the reactor and the membrane chamber, nor the recirculation flow rate of this mixed liquor when working with an external membrane chamber.

La patente de Kubota EP0970922 divulga un procedimiento para procesar residuos orgánicos de alta concentración, tales como lodos de tanques sépticos, lodos de residuos de granja y de restos de alimentos. Sin embargo, y al igual que en el documento US2013075328, no se aborda un tratamiento específico y sostenible para una corriente en fase líquida de aguas residuales como en la presente invención. Tampoco en esta patente se dan sugerencias sobre condiciones operativas que lleven a los resultados que se consiguen con la presente invención, ni el procedimiento de control del sistema de la misma, o la recuperación del metano disuelto en el efluente final.Kubota patent EP0970922 discloses a process for processing high concentration organic waste such as septic tank sludge, farm waste sludge and food scraps. However, and as in document US2013075328, a specific and sustainable treatment for a stream in liquid phase of wastewater as in the present invention is not addressed. Also, this patent does not give suggestions on operating conditions that lead to the results that are achieved with the present invention, nor the control procedure of the same system, or the recovery of the methane dissolved in the final effluent.

Otros documentos más recientes relacionados con tratamiento anaerobio de membrana de aguas residuales son por ejemplo el documento US2014124439, que simplemente refleja el actual estado de la técnica.Other more recent documents related to anaerobic membrane wastewater treatment are for example US2014124439, which simply reflects the current state of the art.

En el estado de la técnica se encuentran también algunos estudios sobre codigestión de residuos de alimentos con fango de depuradora (Lacovidou, 2012), con otros residuos orgánicos (Nayono, 2009), con purines y otros residuos procedentes de ganado (Zhang, 2011).In the state of the art there are also some studies on co-digestion of food waste with sewage sludge (Lacovidou, 2012), with other organic waste (Nayono, 2009), with slurry and other waste from livestock (Zhang, 2011) .

El trabajo desarrollado por Kujawa-Roeleveld et al., (2003) es el único precedente de un tratamiento de una corriente de aguas residuales con residuos orgánicos biodegradables, aunque en este caso se describen ensayos de codigestión anaerobia en discontinuo, sin una instalación asociada que permita el tratamiento en continuo y la optimización del proceso biológico gracias al uso de membranas de filtración.The work developed by Kujawa-Roeleveld et al., (2003) is the only precedent for a treatment of a wastewater stream with biodegradable organic waste, although in this case discontinuous anaerobic co-digestion tests are described, without an associated facility that allow continuous treatment and optimization of the biological process thanks to the use of filtration membranes.

La presente invención resuelve los problemas anteriores gracias al control de la dosificación de residuos orgánicos biodegradables en la línea de tratamiento anaerobio, potenciando la valorización energética de la materia orgánica contenida en las aguas residuales, y optimización adicional del proceso de filtración a través de la membrana gasificada con recirculación parcial del biogás generado para la optimización energética del proceso. Esta estrategia posibilita el tratamiento de aguas residuales de baja carga como son, por ejemplo, las aguas residuales urbanas, sin incremento en la producción de fangos durante el proceso (véanse la figura 1A, figura 1B y figura 1C), debido a que los ROB incorporan sólidos de elevada biodegradabilidad que potencian la producción de metano frente a otros procesos como la reducción de sulfato. La producción de biogás enriquecido en metano se puede incrementar hasta un 200% con respecto al tratamiento anaerobio de las aguas residuales de baja carga, siendo teóricamente posible aumentar esta cantidad.The present invention solves the previous problems thanks to the control of the dosage of biodegradable organic waste in the anaerobic treatment line, enhancing the energy recovery of the organic matter contained in the wastewater, and additional optimization of the filtration process through the membrane gasified with partial recirculation of the biogas generated for the energy optimization of the process. This strategy enables the treatment of low-load wastewater, such as urban wastewater, without an increase in sludge production during the process (see Figure 1A, Figure 1B and Figure 1C), due to the ROB they incorporate highly biodegradable solids that enhance methane production compared to other processes such as sulfate reduction. The production of biogas enriched in methane can be increased up to 200% with respect to the anaerobic treatment of low load wastewater, being theoretically possible to increase this amount.

La sostenibilidad del proceso de filtración se asegura mediante instrucciones específicas para operar en un rango de parámetros sostenibles. El principal parámetro de control es la necesidad de gas recirculado por volumen de permeado SGD^p, definido más adelante, ya que considera simultáneamente el caudal de gas empleado para mantener las membranas de filtración, la producción de efluente tratado y la velocidad de ensuciamiento de dichas membranas. La operación en valores minimizados de SGD^pdebe hacerse teniendo en cuenta las restricciones de la planta durante su operación, controladas por la concentración de sólidos en la cámara de filtración y el rendimiento biológico del proceso anaerobio.The sustainability of the filtration process is ensured by specific instructions to operate in a range of sustainable parameters. The main control parameter is the need for recirculated gas per permeate volume SGD ^p , defined later, since it simultaneously considers the gas flow used to maintain the filtration membranes, the production of treated effluent and the rate of fouling of said membranes. membranes. The operation in minimized SGD ^p values must be done taking into account the restrictions of the plant during its operation, controlled by the concentration of solids in the filtration chamber and the biological performance of the anaerobic process.

Una adaptación del sistema de control referenciado en el procedimiento de la presente invención permite ajustar los parámetros de manera dinámica en función de la tasa de ensuciamiento de las membranas, minimizando el valor de SGD^pen tiempo real sin necesidad de interrumpir la operación del reactor anaerobio.An adaptation of the control system referenced in the method of the present invention allows adjusting the parameters dynamically as a function of the fouling rate of the membranes, minimizing the SGD ^p value in real time without the need to interrupt the operation of the anaerobic reactor.

El documento WO2013155631 da a conocer un procedimiento y aparato para tratar productos de desecho, tales como aguas residuales industriales o residuos sólidos industriales, que implica digestión anaerobia, y divulga un digestor anaerobio que funciona a temperatura (aproximadamente 38°C si es mesófilo o aproximadamente 55°C si es termófilo), como primera diferencia esencial con la presente invención.WO2013155631 discloses a method and apparatus for treating waste products, such as industrial sewage or industrial solid waste, which involves anaerobic digestion, and discloses an anaerobic digester operating at temperature (about 38 ° C if it is mesophilic or about 55 ° C if thermophilic), as the first essential difference with the present invention.

El artículo “The operating cost of an anaerobic membrane bioreactor (AnMBR) treating sulphate-rich urban wastewater, R. Pretel, A. Robles, M.V. Ruano, A. Seco, J. Ferrer; Separation and Purification Technology, 126, 2014, 30-38, se refiere al rendimiento de un sistema de AnMBR alimentado con aguas residuales urbanas ricas en sulfato. El sistema divulgado en el mismo no considera la codigestión de aguas residuales y residuos sólidos orgánicos en un único reactor, por lo tanto la recuperación de energía no puede optimizarse.The article “The operating cost of an anaerobic membrane bioreactor (AnMBR) treating sulphate-rich urban wastewater, R. Pretel, A. Robles, M.V. Ruano, A. Seco, J. Ferrer; Separation and Purification Technology, 126, 2014, 30-38, refers to the performance of an AnMBR system fed with sulfate-rich urban wastewater. The system disclosed therein does not consider the co-digestion of wastewater and organic solid waste in a single reactor, therefore energy recovery cannot be optimized.

Por lo tanto, no se ha divulgado ni sugerido la potenciación del tratamiento a temperatura ambiente de una corriente de aguas residuales, tal como una corriente de aguas residuales urbanas (ARU) en un proceso anaerobio acoplado a membranas mediante el control de la cantidad de residuos orgánicos biodegradables (ROB) dosificados y el control de los parámetros del proceso de filtración, tal como se describe en el presente documento. La sinergia entre los dos procesos descritos en la presente solicitud (tratamiento anaerobio de aguas residuales, preferentemente urbanas/adición de residuos orgánicos biodegradables (ROB) y filtración por membranas), permite aumentar la producción de biogás y su contenido en metano, sin apenas incrementar la producción de biosólidos en el reactor anaerobio (véanse la figura 1A, figura 1B y figura 1C) y con las condiciones energéticas más óptimas, obteniendo un efluente final con un nivel de calidad adecuado para su vertido o reutilización.Therefore, the enhancement of room temperature treatment of a wastewater stream, such as an urban wastewater stream (ARU) in a membrane coupled anaerobic process by controlling the amount of waste has not been disclosed or suggested. biodegradable organics (ROB) dosed and the control of the filtration process parameters, as described in this document. The synergy between the two processes described in the present application (anaerobic treatment of wastewater, preferably urban / addition of biodegradable organic waste (ROB) and filtration through membranes), allows increasing the production of biogas and its methane content, without hardly increasing the production of biosolids in the anaerobic reactor (see figure 1A, figure 1B and figure 1C) and with the most optimal energy conditions, obtaining a final effluent with a suitable quality level for its discharge or reuse.

Breve descripción de las figurasBrief description of the figures

Figuras 1A-1C: Evolución de la concentración de sólidos suspendidos (volátiles y no volátiles) en el reactor anaerobio en cada uno de los periodos estudiados. Para cada uno de los periodos estudiados, en la planta se introducía la cantidad establecida de ROB y se determinaba analíticamente la evolución de los sólidos dentro del reactor hasta observar la estabilización de estos. Además de los valores analíticos, en la figura se puede ver el ajuste teórico realizado.Figures 1A-1C: Evolution of the concentration of suspended solids (volatile and non-volatile) in the anaerobic reactor in each of the periods studied. For each of the periods studied, the established amount of ROB was introduced into the plant and the evolution of the solids within the reactor was analytically determined until their stabilization was observed. In addition to the analytical values, the figure shows the theoretical adjustment made.

Figura 2: Valor mínimo de SGDp que viene definido por la concentración de sólidos en la planta. A partir de los valores de sólidos en el reactor, es posible establecer los flujos de permeado y la demanda específica de gas que permiten minimizar el coste de operación de la planta (energía consumida, vida útil de las membranas, coste de reactivos para limpieza química). Dichos parámetros de operación óptimos vienen determinados por la relación mostrada en la figura 2. Esta relación es específica para cada sistema de filtración. Esta relación permite operar la planta en las condiciones más óptimas para cada concentración de sólidos.Figure 2: Minimum value of SGDp that is defined by the concentration of solids in the plant. From the values of solids in the reactor, it is possible to establish the permeate flows and the specific gas demand that allow minimizing the operating cost of the plant (energy consumed, useful life of the membranes, cost of reagents for chemical cleaning ). Said optimal operating parameters are determined by the relationship shown in figure 2. This relationship is specific for each filtration system. This relationship allows the plant to operate in the most optimal conditions for each concentration of solids.

Figura 3: Esquema de la planta de tratamiento empleada para el desarrollo experimental descrito en la presente solicitud de patente. La planta se compone de un reactor anaerobio conectado a dos módulos de membranas. El sistema de alimentación se compone de dos tanques de homogeneización (uno para las aguas residuales y otro para los ROB) conectados a una válvula de 3 vías que alterna la entrada de estos tanques a la planta.Figure 3: Scheme of the treatment plant used for the experimental development described in the present patent application. The plant consists of an anaerobic reactor connected to two membrane modules. The feeding system is made up of two homogenization tanks (one for wastewater and one for ROB) connected to a 3-way valve that alternates the entry of these tanks to the plant.

Descripción detallada de la invenciónDetailed description of the invention

Para facilitar la comprensión de la invención, se proporciona un listado relativo a la terminología y siglas utilizadas: To facilitate the understanding of the invention, a list is provided regarding the terminology and acronyms used:

Definiciones usadas en esta memoria descriptiva:Definitions used in this specification:

- “residuos sólidos orgánicos”, “residuos sólidos biodegradables” y “residuos sólidos” se usan indistintamente.- “organic solid waste”, “biodegradable solid waste” and “solid waste” are used interchangeably.

- “agua filtrada”, “permeado”, “efluente”, “efluente final” y “efluente filtrado” se usan indistintamente.- "filtered water", "permeate", "effluent", "final effluent" and "filtered effluent" are used interchangeably.

- “gas de limpieza” y “biogás” se usan indistintamente- “cleaning gas” and “biogas” are used interchangeably

- “planta” e “instalación” se usan indistintamente.- "plant" and "facility" are used interchangeably.

- “módulo de filtración”, “módulo de membranas” y “membrana” se refieren indistintamente al elemento de filtración - "filtration module", "membrane module" and "membrane" refer interchangeably to the filter element

- “velocidad de carga orgánica” y “carga orgánica volumétrica” se usan indistintamente- "speed of organic load" and "volumetric organic load" are used interchangeably

- AnMBR: reactor anaerobio de membrana. - AnMBR: anaerobic membrane reactor.

- SGD^p: demanda específica de gas, (“specific gas demand’’), es la relación entre el caudal de gas aplicado por metro cuadrado de membrana, y el caudal de agua filtrada por metro cuadrado de membrana.- SGD ^p : specific gas demand, ( "specific gas demand"), is the ratio between the flow of gas applied per square meter of membrane, and the flow of filtered water per square meter of membrane.

- SST: sólidos suspendidos totales.- SST: total suspended solids.

- SSV: sólidos suspendidos volátiles- SSV: volatile suspended solids

- SSNV: solidos suspendidos no volátiles.- SSNV: suspended non-volatile solids.

- STLM^ra: solidos totales en el licor mixto del reactor anaerobio.- STLM ^ra : total solids in the mixed liquor of the anaerobic reactor.

- TRC: tiempo de retención de lodo (días).- TRC: mud retention time (days).

- DQO: demanda química de oxígeno.- COD: chemical oxygen demand.

- ROB: residuos orgánicos biodegradables - pueden ser sólidos o no -- RC: residuos de cocina.- ROB: biodegradable organic waste - can be solid or not - RC: kitchen waste.

- RSO: residuos sólidos orgánicos, son un tipo concreto de ROB- RSO: organic solid waste, is a specific type of ROB

- ARU: aguas residuales urbanas.- ARU: urban wastewater.

- VCO: velocidad de carga orgánica.- VCO: organic loading speed.

La presente invención se refiere a un procedimiento para potenciar y controlar el tratamiento de aguas residuales sostenible a temperatura ambiente.The present invention relates to a method for enhancing and controlling sustainable wastewater treatment at room temperature.

El procedimiento anaerobio con proceso de filtración para el tratamiento de aguas residuales a temperatura ambiente de la invención comprende:The anaerobic process with filtration process for the treatment of wastewater at room temperature of the invention comprises:

- alimentar de manera continua al menos un reactor anaerobio no calentado con aguas residuales previamente tamizadas y residuo orgánico biodegradable - ROB - previamente tamizado, estando dicho reactor no calentado acoplado a al menos una membrana de filtración gasificada sumergida, con recirculación de biogás desde el reactor - llevar a cabo la digestión anaerobia en el reactor de la fracción orgánica contenida en la mezcla de aguas residuales y el ROB, obteniendo una mezcla tratada, y- continuously feeding at least one unheated anaerobic reactor with previously screened wastewater and biodegradable organic waste - ROB - previously screened, said unheated reactor being coupled to at least one submerged gasified filtration membrane, with recirculation of biogas from the reactor - carry out the anaerobic digestion in the reactor of the organic fraction contained in the wastewater mixture and the ROB, obtaining a treated mixture, and

- filtrar la mezcla tratada, en al menos un tanque de filtración a través de la membrana de filtración gasificada sumergida en condiciones tales que la relación entre el caudal de biogás recirculado aplicado por metro cuadrado de membrana y el caudal de aguas residuales filtradas por metro cuadrado de membrana (SGD^p) es el valor mínimo permitido por la concentración de sólidos suspendidos en una planta de tratamiento, obtenido mediante la ecuación SGDp = 0,9096 x MLSS -1,5407, en el que la concentración de sólidos total dentro del reactor anaerobio está comprendida entre 1 y 35 g/l.- filter the treated mixture, in at least one filtration tank through the submerged gasified filtration membrane under conditions such that the ratio between the flow of recirculated biogas applied per square meter of membrane and the flow of filtered wastewater per square meter membrane (SGD ^p ) is the minimum value allowed by the concentration of suspended solids in a treatment plant, obtained by the equation SGDp = 0.9096 x MLSS -1.5407, in which the total solids concentration inside the reactor anaerobic is between 1 and 35 g / l.

La relación de gas aplicado, o gas de limpieza, por metro cuadrado de membrana y unidad de tiempo, y las aguas residuales filtradas, es lo que define el parámetro SGD^p, y es el parámetro que controla durante el procedimiento la relación entre el caudal de gas empleado para el mantenimiento de la membrana y la cantidad de agua filtrada a través de la membrana. El parámetro SGD^pdebe tener un valor mínimo sostenible, que es el valor mínimo permitido por la concentración de sólidos en la planta. La concentración de sólidos está definida por los sólidos suspendidos de la planta, SST. Según realizaciones particulares, “sostenible” quiere decir, por ejemplo, que si la concentración de los sólidos, SST, es de 9 g/l, el valor mínimo de SGD^pes 6,7 m^{3 (gas)}/m^{3 (permeado)}, mientras que para una concentración de sólidos de 25 g/l el valor de SGD^pserá de 21,2 m^{3 (gas)}/m^{3 (permeado)}(véase por ejemplo la figura 2).The ratio of applied gas, or cleaning gas, per square meter of membrane and unit of time, and the filtered wastewater, is what defines the SGD ^p parameter, and is the parameter that controls during the procedure the relationship between the flow rate of gas used to maintain the membrane and the amount of water filtered through the membrane. The SGD ^p parameter must have a minimum sustainable value, which is the minimum value allowed by the concentration of solids in the plant. The solids concentration is defined by the suspended solids of the plant, SST. According to particular embodiments, "sustainable" means, for example, that if the concentration of solids, SST, is 9 g / l, the minimum value of SGD ^p is 6.7 m ^{3 (gas)} / m ^{3 (permeate )} , while for a solids concentration of 25 g / l the SGD ^p value will be 21.2 m ^{3 (gas)} / m ^{3 (permeate)} (see for example figure 2).

La forma óptima de operar el módulo de membranas es controlando la relación entre el caudal de biogás recirculado para la limpieza de las membranas y el caudal de permeado obtenido en la filtración, y la tasa de ensuciamiento en cada ciclo operativo de la membrana utilizada.The optimal way to operate the membrane module is by controlling the relationship between the recirculated biogas flow for cleaning the membranes and the permeate flow obtained in filtration, and the fouling rate in each operating cycle of the membrane used.

El valor óptimo de SGD^pes el mínimo valor posible que puede mantenerse constante de forma sostenible durante el procedimiento (la operación de la instalación) (figura 3), establecido en base al valor crítico que se determina experimentalmente para cada configuración de la planta, o instalación, y tipología de membrana (teniendo en cuenta que la presente invención se basa en membranas que precisan de una corriente de gas para su limpieza y mantenimiento). En una realización preferida, el valor óptimo de SGD^pes aquel que permita que la variación de la presión dentro y fuera de la membrana (d(P)/dt) no supere un valor de 0,05 bar-mim¹durante dos ciclos de filtración consecutivos.The optimal value of SGD ^p is the minimum possible value that can be kept constant in a sustainable way during the procedure (the operation of the installation) (figure 3), established based on the critical value that is determined experimentally for each configuration of the plant, or installation, and membrane typology (taking into account that the present invention is based on membranes that require a gas stream for cleaning and maintenance). In a preferred embodiment, the optimum value of SGD ^p is that which allows the variation of the pressure inside and outside the membrane (d (P) / dt) not to exceed a value of 0.05 bar-mim ¹ during two cycles filtration in a row.

La concentración de sólidos en el licor mixto dentro del reactor anaerobio (STLM^ra) está comprendida entre 1 y 35 g/l, preferentemente entre 9 y 25 g/l.The solids concentration in the mixed liquor inside the anaerobic reactor (STLM ^ra ) is between 1 and 35 g / l, preferably between 9 and 25 g / l.

Estos residuos orgánicos biodegradables, ROB, se trituran y tamizan previamente hasta un tamaño de partícula del orden de milímetros, por ejemplo de menos de 2 mm y preferentemente, de tamaño menor a 0,5 mm.These biodegradable organic waste, ROB, are previously crushed and screened to a particle size of the order of millimeters, for example less than 2 mm and preferably, smaller than 0.5 mm.

Tanto las aguas residuales como los ROB se introducen en el reactor, o reactores, tras pretratamiento con tamiz (la luz de malla puede ser variable, aunque la preferida es 0,5 mm) impulsados preferentemente ambos con una bomba (por ejemplo helicoidal, centrifuga etc.) dimensionada adecuadamente según características de la instalación, desde un tanque de ecualización previo.Both the wastewater and the ROBs are introduced into the reactor, or reactors, after pretreatment with a sieve (the mesh size can be variable, although the preferred one is 0.5 mm), preferably both driven with a pump (for example helical, centrifugal etc.) adequately sized according to the characteristics of the installation, from a previous equalization tank.

Según realizaciones preferentes, para regular la entrada total (tanto de agua como de ROB) del reactor, el sistema de control establece el encendido/apagado de la bomba de alimentación en función del nivel/presión en el reactor anaerobio, con el fin de mantener un caudal de entrada (tanto de agua como de ROB) similar al caudal de permeado. Los ROB triturados y tamizados se pueden alimentar al reactor o reactores anaerobios, por ejemplo, desde un fermentador anexo o desde otras instalaciones.According to preferred embodiments, to regulate the total input (both water and ROB) of the reactor, the control system establishes the on / off of the feed pump depending on the level / pressure in the anaerobic reactor, in order to maintain an inlet flow rate (both water and ROB) similar to the permeate flow rate. The crushed and screened ROBs can be fed to the anaerobic reactor (s), for example, from an attached fermenter or from other facilities.

La VCO de los ROB es superior a la VCO de las aguas residuales, y como máximo será del 200% respecto a la VCO de las aguas residuales alimentadas al reactor (o reactores) para evitar sobrecarga de la planta y una acidificación del proceso por exceso de ácidos grasos volátiles.The VCO of the ROB is higher than the VCO of the wastewater, and will be a maximum of 200% with respect to the VCO of the wastewater fed to the reactor (or reactors) to avoid overloading the plant and acidification of the process due to excess of volatile fatty acids.

Los residuos orgánicos biodegradables, ROB, pueden ser residuos urbanos, por ejemplo, residuos orgánicos domésticos, como restos de alimentos, pero no necesariamente son residuos urbanos. Podrían emplearse también sustratos de industrias colindantes con la planta, residuos de lodos de industrias agroalimentarias, glicerol, metanol o similares.Biodegradable organic waste, ROB, can be municipal waste, for example household organic waste, such as food waste, but it is not necessarily municipal waste. Substrates from industries adjacent to the plant, sludge residues from agri-food industries, glycerol, methanol or the like could also be used.

De manera preferida los ROB empleados deben presentar un potencial de biometanización de la materia orgánica contenida superior al 60% respecto a la DQO total del residuo para que resulte interesante en el proceso de potenciar la producción de metano.In a preferred way, the ROBs used should present a potential for biomethanization of the organic matter contained above 60% with respect to the total COD of the waste so that it is interesting in the process of enhancing methane production.

Respecto al mantenimiento del pH en el reactor se puede decir que, en el caso preferente, dada la baja carga de la corriente de aguas residuales a tratar y la elevada biodegradabilidad de los residuos orgánicos biodegradables incluidos, es poco probable que se dé una acidificación del medio como consecuencia de una sobrecarga orgánica. En cualquier caso, se pueden implementar sistemas de dosificación en línea “de emergencia” basados en la adición puntual de alcalinidad, aunque su implementación es convencional y supone un coste.Regarding the maintenance of the pH in the reactor, it can be said that, in the preferred case, given the low load of the wastewater stream to be treated and the high biodegradability of the included biodegradable organic waste, it is unlikely that acidification of the medium as a consequence of organic overload. In any case, "emergency" on-line dosing systems based on the occasional addition of alkalinity can be implemented, although their implementation is conventional and involves a cost.

La membrana o membranas de filtración están sumergidas y situadas preferentemente en al menos un segundo tanque o cámara acoplado al reactor o reactores.The filtration membrane or membranes are submerged and preferably located in at least a second tank or chamber coupled to the reactor or reactors.

Como membranas pueden utilizarse diversas opciones disponibles en el mercado, pero para el procedimiento de la presente invención deben ser membranas que apliquen una corriente de biogás para su limpieza y mantenimiento. A modo de ejemplo pueden usarse membranas poliméricas sumergidas empleando tamaños de poro en el rango de ultrafiltración. En cualquier caso, en el procedimiento descrito en la presente invención, pueden utilizarse membranas combinadas con otros medios filtrantes análogos. Según realizaciones particulares adicionales del procedimiento, la etapa de filtración de las aguas tratadas en el reactor o reactores comprende cuatro fases: filtración, relajación, contralavado y ventilación. De manera preferente, las operaciones de contralavado y ventilación ocupan un tiempo promedio diario que es como máximo el 2% del tiempo total de operación diario de la planta.Various options available on the market can be used as membranes, but for the process of the present invention they must be membranes that apply a stream of biogas for cleaning and maintenance. By way of example, submerged polymeric membranes employing pore sizes in the ultrafiltration range can be used. In any case, in the process described in the present invention, membranes combined with other analogous filter media can be used. According to additional particular embodiments of the process, the stage of filtering the treated water in the reactor or reactors comprises four phases: filtration, relaxation, backwashing and ventilation. Preferably, the backwashing and ventilation operations occupy an average daily time that is a maximum of 2% of the total daily operating time of the plant.

En la etapa de filtración de la mezcla tratada, se obtiene lo siguiente en el reactor:In the stage of filtration of the treated mixture, the following is obtained in the reactor:

- una corriente de agua filtrada, llamada permeado, que pasa a un sistema de desgasificación y de recuperación de metano,- a stream of filtered water, called permeate, which passes to a degassing and methane recovery system,

- una corriente de licor mixto de rechazo que se recircula al reactor con un caudal equivalente a 1-6 veces el caudal total de las dos entradas, pero preferentemente menor de 4 veces,- a stream of rejected mixed liquor that is recirculated to the reactor with a flow rate equivalent to 1-6 times the total flow rate of the two inlets, but preferably less than 4 times,

- una corriente de biogás enriquecido en metano que se dirige a un sistema de acondicionamiento, previo a su almacenamiento.- a stream of biogas enriched in methane that is directed to a conditioning system, prior to its storage.

La corriente de biogás enriquecido en metano es susceptible de valorizarse energéticamente en un sistema de cogeneración. The methane-enriched biogas stream is susceptible to energy recovery in a cogeneration system.

Según realizaciones particulares adicionales del procedimiento de la presente invención, se lleva a cabo una recirculación de sólidos entre la cámara o tanque de filtración y el reactor. La relación de caudal de recirculación con respecto a licor mixto de rechazo, entre la cámara o tanque de filtración y el reactor es preferentemente menor de 4 veces el caudal de alimentación, y con un rango máximo de 1-6 veces el caudal de alimentación.According to additional particular embodiments of the process of the present invention, a recirculation of solids is carried out between the filtration chamber or tank and the reactor. The ratio of recirculation flow with respect to rejection mixed liquor, between the filtration chamber or tank and the reactor is preferably less than 4 times the feed flow, and with a maximum range of 1-6 times the feed flow.

Las aguas residuales tratadas comprenden una fracción de metano en fase gaseosa que se puede recuperar y retornar al reactor mediante un cono o una membrana de desgasificación. En particular es importante la recuperación del metano, ya que al no calentar el reactor, un elevado porcentaje de metano puede estar disuelto en el agua. Las aguas residuales tratadas comprenden por lo tanto una fracción de metano disuelta que se puede recuperar mediante una membrana de desgasificación.The treated wastewater comprises a gas phase methane fraction that can be recovered and returned to the reactor by means of a cone or a degassing membrane. In particular, the recovery of methane is important, since by not heating the reactor, a high percentage of methane can be dissolved in the water. The treated wastewater therefore comprises a dissolved methane fraction that can be recovered by means of a degassing membrane.

Las aguas residuales pueden ser cualquier tipo de aguas residuales, tanto urbanas como industriales, aunque son preferentemente aguas urbanas ya que la presente invención resuelve especialmente problemáticas asociadas con el tratamiento de este tipo de corrientes caracterizadas por su baja carga orgánica. Según realizaciones particulares del procedimiento, el biogás obtenido se recircula mediante un soplador a través de difusores ubicados en la parte inferior de los módulos de filtración, para generar un burbujeo que evite la formación de ensuciamiento en su superficie. La fracción excedente de biogás se dirige a un sistema de acondicionamiento previo a su almacenamiento en un gasómetro.The wastewater can be any type of wastewater, both urban and industrial, although it is preferably urban water since the present invention especially solves problems associated with the treatment of this type of streams characterized by their low organic load. According to particular embodiments of the procedure, the biogas obtained is recirculated by means of a blower through diffusers located in the lower part of the filtration modules, to generate a bubbling that prevents the formation of fouling on its surface. The excess fraction of biogas is directed to a conditioning system prior to its storage in a gasometer.

El procedimiento comprende además preferentemente la realización de una purga de sólidos. Dicha purga se debe efectuar con una frecuencia promedio de purga definida por la concentración de solidos a fijar en el reactor anaerobio. The method preferably further comprises performing a solids purge. Said purge must be carried out with an average purge frequency defined by the concentration of solids to be fixed in the anaerobic reactor.

Según realizaciones particulares del procedimiento, los lodos producidos y remanentes se extraen mediante una válvula de purga que puede ser de activación manual o automática. El exceso de lodo que se purga de la planta puede incluirse directamente a la línea de lodos de la planta en la que se ubique el proceso para su estabilización (si fuera necesaria) y posterior valorización energética.According to particular embodiments of the procedure, the produced and remaining sludge are extracted by means of a purge valve that can be manually or automatically activated. The excess sludge that is purged from the plant can be directly included in the sludge line of the plant where the process is located for stabilization (if necessary) and subsequent energy recovery.

Si es necesario dependiendo de las condiciones de permeabilidad, se lleva a cabo un lavado externo de la membrana por medios físicoquímicos. Mediante dicho lavado se puede recuperar en la planta un valor sostenible de SGD^pdentro del 90-100% del valor inicial.If necessary depending on the permeability conditions, an external membrane washing is carried out by physicochemical means. By such washing, a sustainable SGD ^p value can be recovered in the plant within 90-100% of the initial value.

En cuanto a la eliminación de nutrientes biológicos, esta no es necesaria cuando el efluente se puede reutilizar directamente en aplicaciones de riego (áreas de cultivo o campos de golf presentes en la zona). En caso contrario, el efluente final, que tiene valores promedio de N-NH⁴en torno a 40-80 mg/l, requeriría un post-tratamiento biológico diseñado para la eliminación de nutrientes. Este post-tratamiento puede ser, por ejemplo, como el descrito en el documento ES2315178, con el fin de obtener un nivel de calidad apto para vertido.Regarding the elimination of biological nutrients, this is not necessary when the effluent can be directly reused in irrigation applications (growing areas or golf courses present in the area). Otherwise, the final effluent, which has average values of N-NH ⁴ around 40-80 mg / l, would require a biological post-treatment designed for the removal of nutrients. This post-treatment can be, for example, as described in document ES2315178, in order to obtain a quality level suitable for pouring.

El procedimiento de limpieza, reparación y/o sustitución de las membranas vendrá descrito por el proveedor de las membranas empleadas en el proceso.The procedure for cleaning, repairing and / or replacing the membranes will be described by the supplier of the membranes used in the process.

Según una realización preferente del procedimiento de la invención, el procedimiento de la reivindicación 1 comprende al menos las etapas de:According to a preferred embodiment of the method of the invention, the method of claim 1 comprises at least the steps of:

- añadir los ROB al reactor anaerobio, con una velocidad de carga máxima de los ROB del 200% respecto a la velocidad de carga orgánica de las aguas residuales- add the ROBs to the anaerobic reactor, with a maximum loading rate of the ROBs of 200% with respect to the organic loading rate of the wastewater

- el reactor tiene una concentración de sólidos total, STML^ra,comprendida entre 1 y 35 g/l, preferentemente comprendida entre 9 y 25 g/l,- the reactor has a total solids concentration, STML ^ra, between 1 and 35 g / l, preferably between 9 and 25 g / l,

- más preferentemente el SGD^ptiene un valor tal que la variación de la presión dentro y fuera de la membrana (d(P)/dt) no supera un valor de 0,05 barmim ¹durante dos ciclos de filtración consecutivos,- more preferably the SGD ^p has a value such that the variation of the pressure inside and outside the membrane (d (P) / dt) does not exceed a value of 0.05 barmim ¹ during two consecutive filtration cycles,

- y de modo que la relación de recirculación de sólidos entre el reactor y la cámara que comprende la membrana con respecto al caudal de alimentación al reactor es de 1-6, preferentemente menor de 4.- and so that the solid recirculation ratio between the reactor and the chamber comprising the membrane with respect to the feed flow rate to the reactor is 1-6, preferably less than 4.

Otro aspecto de la presente invención es una planta de tratamiento de aguas residuales según la reivindicación 13 adjunta para llevar a cabo el procedimiento de la reivindicación 1, caracterizado por que al menos comprende:Another aspect of the present invention is a wastewater treatment plant according to attached claim 13 to carry out the process of claim 1, characterized in that it at least comprises:

- una zona de tamizado (4) que recibe una corriente de aguas residuales,- a sieving area (4) receiving a stream of wastewater,

- un tanque de ecualización de aguas residuales (5) que recibe la corriente de aguas residuales tamizada,- a sewage equalization tank (5) that receives the screened sewage stream,

- una zona de tamizado (4) que recibe una corriente de residuos orgánicos biodegradables (ROB), - a sieving area (4) receiving a stream of biodegradable organic waste (ROB),

- un tanque de ecualización de ROB (6) que recibe la corriente de ROB tamizada,- a ROB equalization tank (6) that receives the screened ROB stream,

- estando ambos tanques (5, 6) conectados a un reactor anaerobio no calentado (1) a través de una válvula de tres vías,- both tanks (5, 6) being connected to an unheated anaerobic reactor (1) through a three-way valve,

- al menos un tanque de membrana con una membrana de filtración gasificada sumergida (2) conectado al reactor no calentado (1) con recirculación de biogás desde el reactor,- at least one membrane tank with a submerged gasified filtration membrane (2) connected to the unheated reactor (1) with recirculation of biogas from the reactor,

- un sistema de control que controla el caudal de biogás recirculado desde el reactor y el caudal de las aguas residuales filtradas de modo que la relación entre el caudal de biogás recirculado aplicado por metro cuadrado de membrana y el caudal de aguas residuales filtradas por metro cuadrado de membrana - SGDp - es el valor mínimo permitido por la concentración de sólidos suspendidos en una planta de tratamiento, obtenido mediante la ecuación SGDp = 0,9096 x MLSS -1,5407, en el que la concentración de sólidos total dentro del reactor anaerobio STLM^raestá comprendida entre 1 y 35 g/l.- a control system that controls the recirculated biogas flow from the reactor and the filtered wastewater flow so that the ratio between the recirculated biogas flow rate applied per square meter of membrane and the filtered wastewater flow per square meter membrane - SGDp - is the minimum value allowed by the concentration of suspended solids in a treatment plant, obtained by the equation SGDp = 0.9096 x MLSS -1.5407, in which the total solids concentration inside the anaerobic reactor STLM ^ra is between 1 and 35 g / l.

La planta puede incluir una unidad de recuperación de metano a partir de permeado (3).The plant can include a methane recovery unit from permeate (3).

Según una realización preferida de la invención, la membrana o membranas se ubican en al menos un segundo tanque acoplado al reactor de la planta.According to a preferred embodiment of the invention, the membrane or membranes are located in at least one second tank coupled to the plant reactor.

El procedimiento de la invención se controla de forma automática del siguiente modo: se controlan y miden de forma continua los parámetros de funcionamiento y trabajo (caudales, pH, potencial redox, producción de biogás, turbidez, TMP, flujo transmembrana, sólidos y otros parámetros) y el rendimiento del reactor anaerobio, y de modo tal que se dispone de indicaciones sobre las modificaciones necesarias para resolver problemas para optimizar su rendimiento. Es decir, el seguimiento continuo produce una retroalimentación de instrucciones para las modificaciones de parámetros relevantes (caudal de residuos orgánicos biodegradables a introducir, caudal de permeado, caudal de recirculación de biogás a la membrana,...) que mejoren la eficacia del procedimiento. Un sistema o programa de control que se puede aplicar al procedimiento e instalación de la presente invención se conoce por las publicaciones: - A. Robles, M.V. Ruano, J. Ribes y J. Ferrer. Advanced control system for optimal filtration in submerged anaerobio MBRs (SAnMBRs). Journal of Membrane Science (2013): 430, 330-341.The process of the invention is controlled automatically as follows: operating and working parameters (flow rates, pH, redox potential, biogas production, turbidity, TMP, transmembrane flow, solids and other parameters are continuously controlled and measured ) and the performance of the anaerobic reactor, and such that indications are available on the modifications necessary to solve problems to optimize its performance. That is, continuous monitoring produces a feedback of instructions for the modifications of relevant parameters (flow of biodegradable organic waste to be introduced, flow of permeate, flow of recirculation of biogas to the membrane, ...) that improve the efficiency of the procedure. A control system or program that can be applied to the process and installation of the present invention is known from the publications: A. Robles, MV Ruano, J. Ribes and J. Ferrer. Advanced control system for optimal filtration in submerged anaerobic MBRs ( SAnMBRs). Journal of Membrane Science (2013): 430, 330-341.

Por lo tanto, mediante el control del procedimiento de la manera indicada se consigue que se realice siempre en las condiciones de operación óptimas. Y están previstas operaciones correctoras cuando los parámetros no tengan los valores adecuados. Por ejemplo, cuando se cumple que d(P)/dt > 0,05 bar^_1min^{' 1}se establecen tres medidas correctoras que se aplicarán en el orden de prioridad indicado a continuación:Therefore, by controlling the procedure in the way indicated, it is achieved that it is always carried out under optimal operating conditions. And corrective operations are foreseen when the parameters do not have the appropriate values. For example, when d (P) / dt> 0.05 bar ^_1 min ^'1 is fulfilled, three corrective measures are established that will be applied in the order of priority indicated below:

1. La planta se operará con un valor de SGD^psuperior, lo que se consigue disminuyendo el caudal de tratamiento y/o aumentando el caudal de gas de limpieza hasta recuperar la operación sostenible.1. The plant will be operated with a higher SGD ^p value, which is achieved by decreasing the treatment flow rate and / or increasing the cleaning gas flow rate until sustainable operation is restored.

2. Cuando no sea posible trabajar en el intervalo requerido de SGD^pse disminuirá la concentración de biomasa anaerobia activa en la cámara de filtración modificando la relación de recirculación de sólidos o efectuando purga de sólidos.2. When it is not possible to work in the required range of SGD ^p , the concentration of active anaerobic biomass in the filtration chamber will be reduced by modifying the solid recirculation ratio or by purging solids.

3. Se efectuará un procedimiento de limpieza física de la membrana.3. A physical cleaning procedure will be performed on the membrane.

Los parámetros principales en el procedimiento según una realización preferida de la invención que determinan cómo se realizan las distintas operaciones son:The main parameters in the process according to a preferred embodiment of the invention that determine how the different operations are carried out are:

- la velocidad de carga orgánica procedente de los residuos orgánicos biodegradables se establece como máximo en un 200% respecto a la velocidad de carga de las aguas residuales- the organic loading rate from biodegradable organic waste is set at a maximum of 200% with respect to the loading rate of wastewater

- el potencial bioquímico de metano de los residuos orgánicos se corresponde con potenciales de biometanización por encima del 60% respecto a la DQO total de los residuos,- the biochemical methane potential of organic waste corresponds to biomethanization potentials above 60% with respect to the total COD of the waste,

- se maximiza la capacidad de la membrana reduciendo el valor de SGD^p(m³de gas recirculadoh ^{' 1}m²/m³de permeado-l^{r ' l}-m²), teniendo como condición que el valor adoptado sea sostenible en el tiempo,- the capacity of the membrane is maximized by reducing the value of SGD ^p (m ³ of recirculated gas h ^'1 m ² / m ³ of permeate -l ^{r' l} -m ² ), having as a condition that the value adopted is sustainable in the weather,

- el criterio de sostenibilidad consiste en que d(P)/dt no sea superior a 0,05 bar¹min^-1a lo largo de dos ciclos de filtración consecutivos,- the sustainability criterion is that d (P) / dt is not higher than 0.05 bar ¹ min ^-1 over two consecutive filtration cycles,

- la concentración total de sólidos en el reactor, STLM^ra, está comprendida entre 1 y 35 g/l, preferentemente, 9 y 25 g/l. the total concentration of solids in the reactor, STLM ^ra , is between 1 and 35 g / l, preferably 9 and 25 g / l.

El procedimiento para tratar aguas residuales según la invención tiene las siguientes ventajas:The process for treating wastewater according to the invention has the following advantages:

- potenciación de la actividad microbiana empleando residuos orgánicos biodegradables (ROB), que pueden ser de origen doméstico, que se añaden desde un depósito anexo al reactor anaerobio. Este sistema soluciona problemáticas derivadas de la presencia de sulfato disuelto en aguas residuales de baja carga orgánica, y potencia la viabilidad energética incrementando sensiblemente la carga orgánica disponible para los microorganismos de tipo archaea, lo que aumenta la constante de hidrólisis aparente del proceso (Kh,ap) y la actividad metanogénica,- enhancement of microbial activity using biodegradable organic waste (ROB), which can be of domestic origin, which is added from a tank attached to the anaerobic reactor. This system solves problems arising from the presence of dissolved sulfate in wastewater with low organic load, and enhances energy viability by significantly increasing the organic load available for archaea-type microorganisms, which increases the apparent hydrolysis constant of the process (Kh, ap) and methanogenic activity,

- a pesar de la adición de residuos orgánicos biodegradables, la cantidad de biosólidos producidos durante el proceso (expresada en kg SSVkg DQO-1 eliminada) es mucho menor que en el caso de tratar solo aguas residuales, observándose un incremento en la constante de hidrólisis aparente.- Despite the addition of biodegradable organic waste, the amount of biosolids produced during the process (expressed in kg SSVkg COD-1 removed) is much lower than in the case of treating only wastewater, observing an increase in the hydrolysis constant apparent.

- el control del proceso de filtración permite que la viabilidad económica del proceso se vea incrementada al no requerir de procesos de lavado químico de la membrana utilizada, lo que implica ahorros en consumo de reactivos químicos. - the control of the filtration process allows the economic viability of the process to be increased by not requiring chemical washing processes for the membrane used, which implies savings in the consumption of chemical reagents.

El procedimiento de la presente invención consigue:The method of the present invention achieves:

i) potenciar el rendimiento energéticoi) enhance energy performance

ii) y controlar de manera sostenible el tratamiento de aguas residuales y la producción simultánea de energía en forma de biogás mediante la transformación de la materia orgánica presente en el agua, estando el proceso potenciado por la adición de residuos orgánicos biodegradables.ii) and sustainably control the treatment of wastewater and the simultaneous production of energy in the form of biogas by transforming the organic matter present in the water, the process being enhanced by the addition of biodegradable organic waste.

La presente invención supone una tecnología interesante y ventajosa en casos en que:The present invention represents an interesting and advantageous technology in cases where:

- se precise mejorar el tratamiento anaerobio a temperatura ambiente con un sistema de filtración, para aguas residuales con baja carga orgánica,- it is necessary to improve the anaerobic treatment at room temperature with a filtration system, for wastewater with low organic load,

- se precise mantener o mejorar la producción de biogás en el tratamiento anaerobio a temperatura ambiente con un sistema de filtración de aguas residuales con carga orgánica variable,- it is necessary to maintain or improve biogas production in anaerobic treatment at room temperature with a wastewater filtration system with variable organic load,

- se precise incrementar la producción de biogás en un tratamiento anaerobio a temperatura ambiente con un sistema de filtración, para aguas residuales.- It is necessary to increase the production of biogas in an anaerobic treatment at room temperature with a filtration system, for wastewater.

La biometanización conjunta de los dos tipos de sustrato, es decir los ROB así como el sustrato orgánico que pueda estar presente es una alternativa ventajosa desde el punto de vista energético, aprovechando la sinergia de las mezclas y compensando las carencias de cada uno de los sustratos por separado.The joint biomethanization of the two types of substrate, that is, the ROBs as well as the organic substrate that may be present is an advantageous alternative from the energy point of view, taking advantage of the synergy of the mixtures and compensating the deficiencies of each of the substrates separately.

De este modo, el procedimiento combina una etapa de tratamiento biológico anaerobio con una etapa de filtración. Thus, the process combines an anaerobic biological treatment step with a filtration step.

Las dos principales ventajas de la presente invención son: operación estable en un rango dinámico de parámetros operativos adaptables en función del estado del proceso y la potenciación del rendimiento energético mediante el tratamiento conjunto de aguas residuales y residuos sólidos biodegradables.The two main advantages of the present invention are: stable operation in a dynamic range of adaptable operational parameters depending on the state of the process and the enhancement of energy efficiency through the joint treatment of wastewater and biodegradable solid waste.

EjemplosExamples

En una realización particular de la invención se lleva a cabo un tratamiento de aguas residuales urbanas siguiendo el procedimiento descrito y añadiendo a la línea de tratamiento anaerobio residuos orgánicos biodegradables, que pueden ser residuos de cocina (RC). Los RC se homogeneizan y se trituran con un triturador convencional (disponible a diversas escalas, según el tamaño de la instalación). Tras pretratamiento con tamiz de luz de malla de 0,5 mm, los RC se almacenan en un tanque previo, impulsándose con una bomba dimensionada adecuadamente según características de la instalación, a intervalos regulares.In a particular embodiment of the invention, urban wastewater treatment is carried out following the described procedure and adding biodegradable organic waste to the anaerobic treatment line, which can be kitchen waste (RC). The RCs are homogenized and crushed with a conventional grinder (available at various scales, depending on the size of the facility). After pretreatment with a 0.5 mm mesh sieve, the RCs are stored in a previous tank, propelled with a suitably sized pump according to the characteristics of the installation, at regular intervals.

La planta usada en la parte experimental se caracteriza porque comprende las siguientes zonas: tamizado, homogeneización o ecualización, reactor anaerobio, cámara o tanque de membranas, tanque de limpieza, recuperación de metano y un tanque de residuos orgánicos biodegradables conectado al reactor anaerobio a través de una válvula de tres vías que es también la entrada de las aguas residuales al reactor.The plant used in the experimental part is characterized because it comprises the following areas: sieving, homogenization or equalization, anaerobic reactor, membrane chamber or tank, cleaning tank, methane recovery and a biodegradable organic waste tank connected to the anaerobic reactor through of a three-way valve that is also the entrance of the wastewater to the reactor.

La planta comprende (figura 3): un reactor anaerobio (1), tanques de membrana (2), tanque CIP (“clean-in-place") (3), rototamiz (4), triturador (7). Y en la misma figura 3 las líneas de guiones representan corrientes de biogás, las líneas de puntos representan corrientes de permeado, las líneas continuas de menor grosor representan las entradas tanto de aguas residuales como de ROB y la línea continua gruesa representa el lodo anaerobio.The plant includes (figure 3): an anaerobic reactor (1), membrane tanks (2), CIP tank ( “clean-in-place”) (3), rotary screen (4), grinder (7). And in the Same figure 3, the dashed lines represent biogas streams, the dotted lines represent permeate streams, the thinner solid lines represent both the wastewater and ROB inputs and the thick solid line represents the anaerobic sludge.

Los otros componentes de la planta mostrados en la figura 3 son el tanque de aguas residuales (5) y el tanque de ROB (6).The other components of the plant shown in figure 3 are the wastewater tank (5) and the ROB (6).

La planta comprende además válvulas (válvulas de bola, válvulas de 3 vías, válvulas de muestreo, válvulas de diafragma, válvulas ajustables y anti-retorno), actuadores, conducciones de gas, lodo y agua, bombas de suministro (recirculación de lodo, extracción de permeado, alimentación, sopladores, medios de purga, difusores de biogás, instrumentación para medición en línea: sensores (pH, potencial redox, conductividad, sólidos, turbidez, caudalímetros, sensores de presión, analizador de composición de biogás, sistema de control, motor de cogeneración y membranas de desgasificación.The plant also includes valves (ball valves, 3-way valves, sampling valves, diaphragm valves, adjustable and non-return valves), actuators, gas, sludge and water pipes, supply pumps (mud recirculation, extraction permeate, feed, blowers, purge media, biogas diffusers, instrumentation for in-line measurement: sensors (pH, redox potential, conductivity, solids, turbidity, flow meters, pressure sensors, biogas composition analyzer, control system, cogeneration engine and degassing membranes.

La planta recibe las aguas residuales previamente tamizadas con un rotofiltro, preferentemente de 0,5 mm de paso y pasa a un tanque de homogeneización, del mismo modo, el RC se tamiza por un rotofiltro de iguales características y pasa a otro tanque. El sistema de alimentación del proceso regula una válvula de 3 vías que conecta tanto el tanque de agua como el tanque de RC con el reactor para determinar en cada momento si lo que se incorpora son aguas residuales o residuos orgánicos.The plant receives the wastewater previously screened with a rotofilter, preferably with a 0.5 mm pitch, and passes to a homogenization tank, in the same way, the RC is screened through a rotofilter with the same characteristics and passes to another tank. The process feeding system regulates a 3-way valve that connects both the water tank and the RC tank with the reactor to determine at all times if what is incorporated is wastewater or organic waste.

La cantidad de ROB, que en este caso son residuos orgánicos biodegradables, que se puede añadir, se expresa mediante el porcentaje de residuos en comparación con la carga orgánica volumétrica total (aportada por la mezcla de aguas residuales y el residuo solido orgánico). En base a este parámetro se establece por lo tanto el caudal de ROB que se va a introducir al reactor anaerobio. La presente invención permite trabajar con valores de porcentaje de residuos sólidos urbanos de 0 a 100.The amount of ROB, which in this case is biodegradable organic waste, that can be added is expressed as the percentage of waste compared to the total volumetric organic load (provided by the mixture of wastewater and the organic solid waste). Based on this parameter, the flow rate of ROB to be introduced into the anaerobic reactor is therefore established. The present invention allows working with urban solid waste percentage values from 0 to 100.

Considerando los valores estimados de producción de ARU (aguas residuales urbanas) y RC por habitante y día, aproximadamente la mitad de la carga orgánica volumétrica se aporta en forma de RC. De este modo, se pueden utilizar 15,8 ml de RC por cada litro de aguas residuales de origen doméstico.Considering the estimated production values of ARU (urban wastewater) and CR per inhabitant and day, approximately half of the volumetric organic load is provided in the form of CR. In this way, 15.8 ml of RC can be used for every liter of wastewater of domestic origin.

Preferentemente, los residuos sólidos orgánicos empleados deben presentar un valor de contenido en materia orgánica, expresada como DQO, en el intervalo de 45-75 g DQO/L, con un tamaño de partícula posterior al tamizado (0,5 mm) tal que el 90% de los RC llega al reactor anaerobio.Preferably, the organic solid waste used should present a value of organic matter content, expressed as COD, in the range of 45-75 g COD / L, with a particle size after sieving (0.5 mm) such that the 90% of the CR reaches the anaerobic reactor.

Un estudio de caracterización de residuos de cocina determinó la relación DQO/S-SO⁴, siendo el valor promedio obtenido de 154,62 (61570 mg de DQO/398,21 mg de S-SO⁴). En el proceso de tratamiento anaerobio, existe competencia por la materia orgánica entre las bacterias sulfatorreductoras (SRB) y las archea metanogénicas (AM) cuando ambas estén presentes en el medio. De este modo, la materia orgánica que utilicen las SRB en la reducción del sulfato (2 gramos de DQO por cada gramo de SO4-S), no estará disponible para las AM. Gracias a la incorporación de los RC en el proceso, la nueva relación se encuentra muy por encima de la relación de consumo de DQO para la reducción del sulfato presente en las aguas residuales. De esta forma existe suficiente DQO para el crecimiento de ambas poblaciones, por lo que cuanto mayor sea esta relación mayor será el incremento en la tasa de producción de biogás debido a la potenciación de la actividad metanogénica.A kitchen waste characterization study determined the COD / S-SO ⁴ ratio, the average value obtained being 154.62 (61 570 mg of COD / 398.21 mg of S-SO ⁴ ). In the anaerobic treatment process, there is competition for organic matter between sulfator-reducing bacteria (SRB) and methanogenic archea (AM) when both are present in the medium. Thus, the organic matter used by SRBs in sulfate reduction (2 grams of COD for each gram of SO4-S), will not be available for AM. Thanks to the incorporation of RC in the process, the new ratio is well above the COD consumption ratio for the reduction of sulfate present in wastewater. In this way, there is enough COD for the growth of both populations, so the higher this ratio, the greater the increase in the biogas production rate due to the enhancement of methanogenic activity.

Para el estudio experimental, se han realizado pruebas de tratamiento de aguas durante periodos de tiempo diferentes (véase la tabla). En todos estos periodos se ha operado a una temperatura aproximada de 27°C y un tiempo de retención de lodo de 70 días. Cada uno de estos periodos se diferencia por la cantidad de RC introducida en el sistema: aproximadamente un % de RC del 25% en el periodo 1, aproximadamente un % RC del 50% en el periodo 2 y ninguna adición de RC en el periodo 3.For the experimental study, water treatment tests have been carried out for different periods of time (see table). In all these periods it has operated at an approximate temperature of 27 ° C and a sludge retention time of 70 days. Each of these periods is differentiated by the amount of CR introduced into the system: approximately 25% CR% in period 1, approximately 50% CR% in period 2, and no CR addition in period 3 .

La Tabla 1 muestra que la producción de biogás enriquecido en metano se incrementa hasta un 160% con respecto al tratamiento anaerobio de aguas residuales de baja carga, siendo teóricamente posible aumentar esta cantidad. En este procedimiento se ha definido la constante de hidrólisis aparente (K^h,^ap) para mostrar que el incremento en el porcentaje de RC introducidos aumenta la producción de metano en el sistema porque se aumenta la proporción del sustrato más biodegradable, lo cual es equivalente a aumentar la constante de hidrolisis del sustrato en el sistema.Table 1 shows that the production of biogas enriched in methane increases up to 160% with respect to the anaerobic treatment of low-load wastewater, being theoretically possible to increase this quantity. In this procedure, the apparent hydrolysis constant (K ^h , ^ap ) has been defined to show that the increase in the percentage of CR introduced increases the production of methane in the system because the proportion of the most biodegradable substrate is increased, which is equivalent to increase the hydrolysis constant of the substrate in the system.

Tabla 1. Resultados experimentales del proceso de incorporación de residuos orgánicos biodegradables.Table 1. Experimental results of the biodegradable organic waste incorporation process.

TRC TRH T [VCO]^{a r u}[VCO]^{r s o}[VCO]^{t o t a l}% de RSO K^h _, ^{a p}Producción de biogás TRC TRH T [VCO] ^aru [VCO] ^rso [VCO] ^total % RSO K ^h _, ^ap Biogas production

d d °C kg D Q O d ^{- 1}m ^-3% d ^-1L C H rkg -1 DQOin f dd ° C kg COD d ^{- 1} m ^-3 % d ^-1 LCH rkg -1 CODin f

70 0,99 27,5 0,563 0,000 0,563 0,0% 0,0091 89,370 0.99 27.5 0.563 0.000 0.563 0.0% 0.0091 89.3

72 0,93 26,7 0,623 0,201 0,824 24,9% 0,0153 110,772 0.93 26.7 0.623 0.201 0.824 24.9% 0.0153 110.7

70 0,99 26,8 0,528 0,416 0,907 47,3% 0,0261 144,070 0.99 26.8 0.528 0.416 0.907 47.3% 0.0261 144.0

La ecuación 1 muestra la relación entre la constante de hidrolisis aparente y el porcentaje de RC. Equation 1 shows the relationship between the apparent hydrolysis constant and the percentage of CR.

kH,Ap = 0,0358 * RC(%) + 0,0082 kH, Ap = 0.0358 * RC ( %) + 0.0082

donde kHAp es la constante de hidrólisis aparente y “RC (%)” es el porcentaje de la carga orgánica volumétrica correspondiente a los residuos de cocina. where kHAp is the apparent hydrolysis constant and "RC (%)" is the percentage of the volumetric organic load corresponding to kitchen waste.

Claims

REIVINDICACIONES

i. An anaerobic procedure with a filtration process for treating wastewater at room temperature, comprising:

- continuously feeding at least one unheated anaerobic reactor with previously screened wastewater and previously screened biodegradable organic waste (ROB), said unheated reactor being coupled to at least one submerged gasified filtration membrane, with recirculation of biogas from the reactor

- carry out the anaerobic digestion in the reactor of the organic fraction contained in the wastewater mixture and the ROB, obtaining a treated mixture, and

- filter the treated mixture, in at least one filtration tank through the submerged gasified filtration membrane under conditions such that the ratio between the flow of recirculated biogas applied per square meter of membrane and the flow of filtered wastewater per square meter membrane (SGD ^p ) is the minimum value allowed by the concentration of suspended solids in a treatment plant, obtained by the equation SGDp = 0.9096 x MLSS -1.5407, in which the total solids concentration inside the reactor anaerobic STLM ^ra is between 1 and 35 g / l.

A process according to claim 1, in which the biodegradable organic waste ROB is introduced into the anaerobic reactor with a maximum organic loading rate of ROB of 200% relative to the organic loading rate of the treated wastewater.

3. A process according to claim 1, in which the biodegradable organic waste ROB is municipal waste, previously crushed and screened to a particle size of less than 2 mm.

Process according to claim 1, in which a recirculation of solids is carried out between the filtration tank and the reactor with a recirculation ratio of solids between the filtration tank and the reactor of a maximum value of 6.

5. A process according to claim 1, in which the stage of filtering the treated water in the reactor comprises four stages: filtration, relaxation, backwashing and ventilation.

6. Process according to the preceding claim, in which the backwashing and ventilation stages occupy an average daily time that is a maximum of 2% of the total daily operating time of the plant.

Process according to any one of the preceding claims, further comprising purging solids.

8. Process according to claim 7, in which the solids purge flow rate (L / d) depends on the specific concentration of solids to be kept in the reactor, preferably between 9 and 25 g / l, and the performance of a wash external membrane by physicochemical means if necessary according to permeability conditions.

Process according to any one of the preceding claims, in which the treated wastewater comprises a fraction of dissolved methane that is recovered and returned to the reactor by means of a membrane or degassing cone.

10. Process according to any one of the preceding claims, in which the wastewater is urban wastewater.

Process according to any one of the preceding claims, in which the biodegradable solid waste is household organic waste.

12. Method according to claim 1, characterized in that:

- biodegradable organic waste - ROB - is added to the anaerobic reactor, with a maximum loading rate of the ROB of 200% compared to the organic loading rate of the wastewater

- the reactor has a total solids concentration, STML ^ra, between 1 and 35 g / l, and

- the solid recirculation ratio between the reactor and the chamber comprising the membrane, with respect to the reactor feed flow rate, is less than 6.

A wastewater treatment plant to carry out the process described in claim 1, characterized in that it comprises at least:

- a sieving area (4) receiving a stream of wastewater,

- a wastewater equalization tank (5) that receives the screened wastewater stream, - a screening zone (4) that receives a biodegradable organic waste (ROB) stream, - a ROB equalization tank (6) that receives the stream of sifted ROB,

- both tanks (5, 6) being connected to an unheated anaerobic reactor (1) through a three-way valve,

- at least one membrane tank with a submerged gasified filtration membrane (2) connected to the unheated reactor (1) with recirculation of biogas from the reactor,

- a control system that controls the recirculated biogas flow from the reactor and the filtered wastewater flow so that the ratio between the recirculated biogas flow rate applied per square meter of membrane and the filtered wastewater flow per square meter membrane - SGDp - is the minimum value allowed by the concentration of suspended solids in a treatment plant, obtained by the equation SGDp = 0.9096 x MLSS -1.5407, in which the total solids concentration inside the anaerobic reactor STLM ^ra is between 1 and 35 g / l.

A plant according to claim 13, in which the membrane or membranes are located in at least one second tank coupled to the reactor.